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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Bestimmung von Objekt-
und/oder Positionsdaten von in einem Bereitstellungsbereich angeordneten
Stirndeckelstapeln für eine Vorrichtung zur Positionierung
von Stirndeckeln an einer Stirnseite einer Materialbahnrolle. Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung
zur Positionierung von Stirndeckeln und eine Rollenverpackungsanlage.
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Materialbahnrollen,
insbesondere Faserstoffbahnrollen oder Papierbahnrollen, werden üblicherweise
dadurch verpackt, dass um ihren Außenumfang Verpackungsmaterial
geführt wird und die dabei erzielte Verpackungsmaterialumhüllung
an den jeweiligen Stirnseiten einer einzelnen Materialbahnrolle
mit einem Stirndeckel fixiert und verschlossen wird. Der Umhüllungsvorgang
erfolgt derart, dass über die Länge der Materialbahnrolle
betrachtet an den beiden Stirnseiten der Materialbahnrolle jeweils ein Überstand
an Verpackungsmaterial erzeugt wird, der umgeschlagen zur Fixierung
der Stirndeckel verwendet wird, wobei der umgeschlagene Überstand und
der Stirndeckel die Stirnseiten überdecken. Die Stirndeckel
werden dabei über stoffschlüssige Verbindungen,
insbesondere adhäsive Verbindungen, mit dem umgeschlagenen überstehenden
Verpackungsmaterial fixiert. Da eine Berührung der Materialbahnrolle
mit den Mitteln zur Fixierung zur Vermeidung einer Beeinträchtigung
der Eigenschaften der Materialbahnrolle nicht erwünscht
ist, wird die Umhüllung im Bereich der Stirnseiten über
eine Stirndeckeleinheit realisiert, die üblicherweise aus
einem Innenstirndeckel und einem Außenstirndeckel aufgebaut ist.
Der jeweilige Innenstirndeckel wird während des Umhüllungsvorganges
vor dem Umfalten des Überstandes an der entsprechenden
Stirnseite lediglich angelegt und durch den umgefalteten Überstand
in axialer Richtung gegenüber dieser in seiner Lage fixiert.
Eine endgültige Fixierung erfolgt durch die Verbindung
des Außenstirndeckels mit diesem und den umgefalteten überstehenden
Rändern an der jeweiligen Stirnseite, vorzugsweise durch
Verklebung oder über andere Verfahren, beispielsweise thermische Pressverfahren.
Es sind unterschiedliche Verfahren zum Anbringen derartiger Stirndeckel
bekannt. Die einzelnen Verfahren werden häufig automatisiert
mittels zusätzlicher Vorrichtungen ausgeführt.
Dabei wird zwischen einem der Umhüllungsstation vorgeschalteten
Anbringen beziehungsweise einer Zuordnung der Innenstirndeckel vor
der Umhüllungsstation zur zu umhüllenden Materialbahnrolle
oder aber der direkten Zuordnung der jeweiligen Stirndeckel in der Umhüllungsstation
während des Umhüllungsvorganges unterschieden.
Die Fixierung in der Umhüllungsstation erfolgt mittels
einer zusätzlichen Einrichtung, zum Beispiel einer automatischen
Stirndeckelanlageeinrichtung in Form eines Deckelanlegeautomaten. Mittels
diesem werden die an einer Stirnseite anzubringenden Stirndeckel
aus einem Stirndeckelmagazin, in der Regel einer Palette, entnommen,
an den Stirnseiten der Materialbahnrolle fixiert und in der Regel
so lange gehalten, bis der Stirndeckel durch einen beim Einwickelprozess
entstehenden Faltüberstand der Umhüllung von dieser
gehalten wird. Das Halten der Innenstirndeckel während
des Umhüllungsvorganges erfolgt beispielsweise mittels
eines Tastkopfes oder mittels Blasluft. Die derart umhüllten
und mit umgefalteten Rändern versehenen Materialbahnrollen
werden dann zu einer Packpresse transportiert. An dieser erfolgt
in der Regel die Fixierung des Außenstirndeckels. Der Transport
erfolgt über eine in der Rollenverpackungsanlage integrierte
Transporteinrichtung. Ein wesentliches Problem stellen jedoch sehr
knapp bemessene Innendeckelstirndurchmesser dar oder eine nicht
standfest erfolgte Faltung, beispielsweise weil das verwendete Packmaterial
nicht die optimale Feuchte besitzt. Der Innenstirndeckel kann dann
nicht mehr durch die umgefalteten Ränder in seiner Lage
gegenüber der Stirnseite der Materialbahnrolle fixiert
werden, aus dieser herausgleiten und in der Rollenverpackungsanlage
verbleiben. Dies führt in der anschlie ßenden Packpresse
jedoch dazu, dass der Außenstirndeckel direkt auf die Stirnseite
der umhüllten Materialbahnrolle gepresst wird und mit dieser
eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch Heißversiegeln,
eingeht, wodurch die derart umhüllte und seitlich über
den Außenstirndeckel verschlossene Materialbahnrolle nicht
mehr ohne einen Abriss abwickelbar ist.
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Der
Innenstirndeckel ist Bestandteil einer Stirndeckeleinheit, die eine
Gegenfläche für einen Außenstirndeckel
bildet, der mit einem umgefalteten Randüberstand der Verpackung
einer Materialbahnrolle verbunden wird. Dabei werden sowohl die
Innen- als auch die Außenstirndeckel vorzugsweise mit einer
Vorrichtung zur Positionierung in Form einer Handhabungseinrichtung,
welche auch als Manipulatoreinheit bezeichnet wird, von einem Stirndeckelstapel
entnommen, zur jeweiligen Stirnseite an der Materialbahnrolle transportiert
und an diese angelegt. Jeder der Deckelanlageeinrichtungen ist dazu
ein Bereitstellungsbereich zugeordnet, in welchem Stirndeckelstapel
angeordnet sind. Zur Steigerung der Produktivität wird
dabei jeweils eine Vielzahl von Stapeln mit Stirndeckeln im Bereich
der Handhabungseinrichtung abgestellt. Die einzelnen Stirndeckelstapel
können Stirndeckel mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen
oder aber auch bei häufig vorkommenden Durchmessern mehrfach
vorkommen. Da die einzelnen Stapel nicht automatisiert zugeführt werden,
sondern vom Bedienpersonal beliebig im Bereitstellungsbereich abgestellt
werden, sind die genaue Position sowie die Höhe der einzelnen
Stapel zunächst unbekannt. Die Vorrichtung zur Positionierung
der Stirndeckel ermittelt in einer zeitaufwendigen Prozedur mit
Hilfe von Sensoren zur Kantenerkennung und Abstandsmessung die erforderlichen Parameter,
um die einzelnen Stirndeckel eines Stapels sicher im Rahmen eines
Prozessdurchlaufes händeln zu können. Diesbezüglich
wird stellvertretend auf die Druckschrift
EP 0 610 758 B1 verwiesen, die
ein Verfahren zur Bestimmung der Größe und der Lage
eines Rollenendkopfes beschreibt, bei welchem dieser mit mindestens
einer Klammer ergriffen wird, die einen ersten definierten Referenzpunkt
aufweist. Das Bewegen des Kopfes erfolgt ferner durch Bewegung der
Klammer mit konstanter Geschwindigkeit vorbei an einer Mehrzahl
von Sensoren. Dabei werden Signaländerungen an jedem der
Sensoren festgestellt, wenn die Klammer und der Kopf die Sensoren überqueren.
Die Zeitspanne zwischen dem jeweiligen Stapel und Schnittpunkt für
jeden Sensor wird ermittelt und die Lage und Größe
des Kopfes auf der Grundlage der konstanten Geschwindigkeit des Kopfes
und der Signaländerungsmomente bestimmt. Dieses Verfahren
ermöglicht zwar eine Lagebestimmung, ist jedoch hinsichtlich
des steuerungstechnischen Aufwandes relativ aufwendig.
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Des
Weiteren wird auf die Druckschrift
EP 0 610 759 B1 verwiesen. Diese offenbart
ein Verfahren beim Zuführen von Stirndeckeln von Stapeln
mittels einer Vorrichtung zur Positionierung von Stirndeckeln in
Form eines Mehrachsenroboters, wobei die Stirndeckel in mindestens
zwei Stapeln im Wirkungsbereich des Roboters platziert werden und
mit Hilfe einer Klemme am Ende des Arms der Handhabungseinrichtung
aufgenommen werden, wobei in einer Haltesituation während
des Betriebes der Handhabungseinrichtung mindestens einer der Stapeldatenparameter
für jeden Stapel als unbekannt zurückgesetzt wird
und dieser unbekannte Stapelparameter für jeden Stapel
in Verbindung mit dem ersten Hohlzyklus eines Kopfstückes
vom Stapel nach der Haltesituation ermittelt wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen
Bestimmung von Objekt- und/oder Positionsdaten von Stirndeckelstapeln
beziehungsweise zum Betrieb einer Stirndeckelanlageeinrichtung derart
weiterzuentwickeln, dass deren Produktivität und die Prozesssicherheit
erhöht werden. Die Erfassung der Position eines Stirndeckelstapels
soll schneller und mit geringerem steuerungstechnischem Aufwand
erfolgen können.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
der Ansprüche 1, 13 und 18 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind jeweils in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur automatischen
Bestimmung von Objekt- und/oder Positionsdaten von in einem Bereitstellungsbereich
angeordneten Stirndeckelstapeln für eine Vorrichtung zur Positionierung
von Stirndeckeln, insbeson dere einer Stirndeckelanlageeinrichtung
an einer Stirnseite einer Materialbahnrolle ist dadurch charakterisiert, dass
mittels zumindest einer Bilderfassungseinrichtung aus wenigstens
zwei unterschiedlichen Perspektiven Abbilder zumindest eines Teiles
des Bereitstellungsbereiches erzeugt werden und aus den Abbildern
mittels eines photogrammetrischen Verfahrens die Objekt- und/oder
Positionsdaten bestimmt werden.
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Unter
Objektdaten werden insbesondere die geometrischen Eigenschaften
von Objekten beschreibende Daten sowie deren Beziehungen zueinander,
insbesondere Koordinaten in einem dreidimensionalen Koordinatensystem
zur Charakterisierung und/oder Ermittlung der geometrischen Form und/oder
von Abstandskennwerten verstanden. Positionsdaten entsprechen Koordinaten
in einem dreidimensionalen Koordinatensystem und bestimmen die Lage
in einem Referenzbereich, insbesondere gegenüber einem
Referenzkoordinatensystem.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht damit
eine schnelle und berührungslose Ermittlung von Objekt-
und/oder Positionsdaten einzelner Stirndeckelstapel. Diese können
mittels des photogrammetrischen Verfahrens aus den unterschiedlichen Perspektivabbildungen
mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit ermittelt werden. Da
die Erfassung des jeweiligen Bereitstellungsbereiches im Hinblick
auf eine nahezu vollständige Erfassung eine entsprechende
Anordnung der Bilderfassungseinrichtung voraussetzt, die räumlich
entfernt von den Arbeitseinheiten einer Rollenverpackungsanlage
angeordnet sind, können die zur Bestimmung der genannten
Parameter erforderlichen Komponenten derart gegenüber dem
Bereitstellungsbereich angeordnet werden, dass diese keinen extremen
Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.
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Bei
einem photogrammetrischen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren
zur Bestimmung der Lage von Messbildern eines Objektes relativ zum
Objekt. Dabei können die Objekte auf der Basis von metrischen
Abbildern vermessen werden. Die erforderlichen Abbilder werden von
geeigneten Bilderfassungseinrichtungen geliefert, in der Regel Kameras, wobei
diese in Bildverarbeitungseinrichtungen verarbeitet und mittels
Auswerteerfahren entweder rechnergestützt oder gänzlich
digital aus den Abbildern geometrische Informationen zu charakteristischen Details,
unter anderem Koordinaten von einzelnen geeigneten, insbesondere
die Geometrie beschreibenden Objektpunkten, abgeleitet werden. Anhand der
so gewonnen Objektinformationen kann das Objekt dann in seiner geometrischen
Form beschrieben werden. Eine wesentliche Voraussetzung für
die Bestimmung derartiger räumlicher Koordinaten aus Abbildern
ist dabei die Existenz von zumindest zwei Abbildern, die in unterschiedlichen
Perspektiven aufgenommen werden und die Kenntnis der gegenseitigen räumlichen
Beziehungen der Abbilder zueinander. Anstelle der gegenseitigen
Beziehung können auch eine Raumlage und/oder die Aufnahmeposition
der Abbilder, das heißt ihrer Orientierung mit Bezug auf ein übergeordnetes
Koordinatensystem angegeben werden, beispielsweise in Form der Koordinaten
der Positionen der die Abbilder aufnehmenden Bilderfassungseinrichtungen.
Eine Orientierung der Abbilder setzt die Messung von in allen Abbildern
enthaltenen oder bekannten gemeinsamen Informationen voraus. Hierzu
bedient man sich entweder eindeutig identifizierbarer, beliebiger
im Objektraum vorhandener Objekte und/oder in die zu orientierenden
Abbilder projizierten Referenzpunkte. Die Referenzpunkte sind durch
Koordinaten in einem dreidimensionalen Koordinatensystem charakterisiert.
Derartige Verfahren sind in einer Vielzahl von Ausführungen
aus dem Stand der Technik bekannt. Stellvertretend wird hier beispielsweise
auf die Druckschrift
DE
101 12 732 C2 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit
vollumfänglich in die Anmeldung mit einbezogen wird.
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Die
wenigstens zwei unterschiedlichen Perspektiven werden durch die
Orientierung, insbesondere die Positionierung der diese aufnehmenden
zumindest einen Bilderfassungseinrichtung und deren Ausrichtung
im oder gegenüber dem Bereitstellungsbereich eingenommen.
Die Abbilder des Bereitstellungsbereiches aus unterschiedlichen
Perspektiven können entweder zeitlich versetzt durch Positionswechsel
der zumindest einen Bilderfassungseinrichtung aufgenommen werden,
beispielsweise durch die direkte Anordnung an der Vorrichtung zur
Positionierung oder aber vorzugsweise gleichzeitig, d. h. frei von
zeitlichem Versatz, um für jeden Bestimmungsvorgang der
Objekt- und Positionsdaten gleiche Beurteilungs- und Vergleichskriterien
zugrunde zu legen. Die erste Möglichkeit bietet den Vorteil,
dass aufgrund der räumlichen Nähe der Vorrichtung
zu den Stirndeckelstapeln immer ein Abbild dieser erfasst wird.
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Gemäß einer
ersten Ausführung wird eine Mehrzahl von Abbildern in den
zumindest zwei unterschiedlichen Perspektiven wiederholt in vordefinierten
zeitlichen Intervallen erzeugt. Dabei erfolgt vorzugsweise die Erstellung
der Abbilder zumindest immer nach der Abnahme eines Stirndeckels
aus einem Stirndeckelstapel. Wird eine Entnahme eines Stirndeckels
aus dem Stirndeckelstapel detektiert, kann eine Abbilderzeugung
zur Anpassung der Objektdaten des nunmehr einen Stirndeckel weniger
enthaltenden Stirndeckelstapels erfolgen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Ermittlung
fortlaufend. So können auch Störeinflüsse
zwischen den einzelnen Stirndeckelstapeln zwischen zwei aufeinander
folgenden Entnahmen an einem Stirndeckelstapel registriert werden,
beispielsweise ein Verrutschen oder eine durch einen äußeren
Einfluss bedingte Verschiebung.
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Die
Abbildungen werden mit zumindest einer Bilderfassungseinrichtung,
insbesondere einer Kamera erzeugt. Diese muss dann in der Lage sein,
Abbilder in zwei Perspektiven aufzunehmen. Vorzugsweise wird eine
so genannte Stereokamera eingesetzt.
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Die
Bestimmung der Objekt- und/oder Positionsdaten erfolgt dabei beispielsweise
in Abhängigkeit zumindest einer der nachfolgend genannten
Größen:
- – die Orientierung
der zumindest einen Bilderfassungseinrichtung, insbesondere die
Position und Ausrichtung in oder gegenüber dem Bereitstellungsbereich;
- – Koordinaten zumindest eines Referenzpunktes in einem
dreidimensionalen Raum, insbesondere dem Bereitstellungsbereich.
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Zur
besseren Referenzierung wird zumindest der einzelne Stirndeckelstapel,
für welchen die Objekt- und Positionsdaten zu ermitteln
sind, im Bereitstellungsbereich mit zumindest einem Muster beleuchtet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl für
Innen- als auch Außenstirndeckel einsetzbar. Als Objektdaten
können dabei beispielsweise die Höhe des Stapels,
der Durchmesser der Deckel sowie die Höhe des einzelnen
Deckels ermittelt werden. Ferner sind als Positionsdaten die Lagekoordinaten
bezüglich eines Referenzpunktes im Bereitstellungsbereich anzugeben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der
Positionsdaten und/oder Objektdaten bildet die Grundlage für
ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Positionierung
von Stirndeckeln, insbesondere einer Stirndeckelanlageeinrichtung.
Aus diesen Daten können dann gezielt die Stellgrößen
für die Bewegung der Vorrichtung zur Positionierung der
Stirndeckel, insbesondere der als Industrieroboter ausgebildeten
Handhabungseinrichtung erzeugt werden, frei von einer aufwendigen Kanten-
und Abstandserfassung. Das Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung
zur Positionierung eines Stirndeckels aus einem in einem Bereitstellungsbereich
angeordneten Stirndeckelstapel an einer Stirnseite einer Materialbahnrolle
in einer Rollenverpackungsanlage ist dadurch charakterisiert, dass
als Eingangsgröße zur Steuerung Objekt- und/oder
Positionsdaten des jeweiligen Stirndeckelstapels verwendet werden,
die gemäß den vorhergehenden Ausführungen
erfasst werden.
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Als
Funktion der ermittelten Objekt- und/oder Positionsdaten kann in
vorteilhafter Weise eine Höhenänderung des einzelnen
Stirndeckelstapels erfasst werden, die Aussagen über die
Verfügbarkeit der Stirndeckel vordefinierter Größe
erlauben und gegebenenfalls das Erfordernis einer Nachlieferung in
den Bereitstellungsbereich anzeigen, insbesondere kann bei starker Änderung
der Stapelhöhe ein Signal generiert werden, das einen Hinweis
auf die Höhe des verbleibenden Deckelstapels erzeugt.
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Als
Funktion einer zeitlichen Änderung der ermittelten Objekt-
und/oder Positionsdaten kann ferner auch eine unerwünschte
Neigung des Stirndeckelstapels bestimmt werden, die bei der Steuerung der
Vorrichtung mit berücksichtigt wird, beispielsweise durch
entsprechende Ausgleichsmaßnahmen in der Steuerung der
Bewegung, um somit trotzdem eine reibungslose Entnahme zu gewährleisten.
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In
einer Weiterentwicklung ist es möglich, zusätzlich
in Abhängigkeit von in den Abbildern erkannten unbekannten
Objekten im Bereitstellungsbereich ein Fehlersignal zur Ansteuerung
einer Fehlermeldeeinrichtung und/oder der Vorrichtung zur Positionierung
zu erzeugen. Dadurch kann beispielsweise ein Notstop beim Eindringen
von Personen in den Wirkungsbereich der Vorrichtung zur Positionierung während
des Betriebes dieser eingeleitet werden.
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Eine
erfindungsgemäße Rollenverpackungsanlage mit zumindest
einer Vorrichtung zur Positionierung eines Stirndeckels aus einem
in einem Bereitstellungsbereich angeordneten Stirndeckelstapel, ist
dadurch gekennzeichnet, dass dem Bereitstellungsbereich eine Vorrichtung
zur Bestimmung von Objekt- und/oder Positionsdaten von im Bereitstellungsbereich
angeordneten Stirndeckelstapeln zugeordnet ist, umfassend zumindest
eine Bilderfassungseinrichtung zur Erstellung von Abbildern wenigstens
eines Teiles des Bereitstellungsbereiches in zumindest zwei unterschiedlichen
Perspektivansichten und eine mit der Bilderfassungseinrichtung koppelbare
Bildverarbeitungseinheit und Bildauswertungs- und Analyseeinheit.
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Die
Bildverarbeitungseinheit und/oder die Bildauswertungs- und Analyseeinheit
sind derart angeordnet und ausgebildet, aus den Abbildern wenigstens
eines Teiles des Bereitstellungsbereiches eine dreidimensionale
Geometrie zu ermitteln und die Positionsdaten und/oder Objektdaten
für vordefinierte Objekte im Bereitstellungsbereich zu
berechnen. Dies kann zentral oder dezentral erfolgen. Vorzugsweise
bildet zumindest die Bildverarbeitungseinheit mit der Bilderfassungseinrichtung
eine bauliche Einheit, ganz besonders bevorzugt erfolgt die Auswertung
in einer Bildauswertungs- und Analyseeinheit, die mit der Bilderfassungseinrich tung
eine bauliche Einheit bildet. Dadurch wird die Zeitdauer zur Bestimmung
der Daten herabgesetzt und die Bilderfassungseinrichtungen mit den
Zusatzfunktionen sind unabhängig von der steuertechnischen
Umgebung in bestehende Systeme einfügbar und können über
entsprechende Kommunikationsschnittstellen in einfacher Weise mit
der Steuerung der Vorrichtung zur Positionierung der Stirndeckel
kommunizieren.
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Die
Bilderfassungseinrichtungen können gemäß einer
ersten Ausführung gegenüber den Bereitstellungsbereichen
ortsfest angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil immer gleicher
Randbedingungen hinsichtlich der Bilderfassungseinrichtungen und
damit keine aufwendige zusätzlich erforderliche Bestimmung
der Positionsdaten dieser.
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In
einer weiteren Ausführung kann die Bilderfassungseinrichtung
auch bewegbar sein, beispielsweise durch Ankoppelung an eine Vorrichtung
zur Positionierung, insbesondere bei Ausführung als Industrieroboter.
Dadurch können auch mit einfachen Kameras Abbilder während
der Betriebsweise in unterschiedlichen Perspektiven erzeugt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend
anhand von Figuren beschreiben. Darin ist im Einzelnen Folgendes
dargestellt:
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1 verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zur
automatischen Bestimmung von Objektdaten OD und/oder Positionsdaten
PD;
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2a und 2b verdeutlichen
anhand von Signalflussbildern den verfahrensmäßigen
Ablauf zur Bestimmung der Objektdaten OD und/oder Positionsdaten
PD;
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3 verdeutlicht
eine vorteilhafte Anordnung einer Bilderfassungseinrichtung;
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4 verdeutlicht
den Einsatz erfindungsgemäßer Vorrichtungen in
einer automatischen Rollenverpackungsanlage.
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1 verdeutlicht
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur
insbesondere automatischen Bestimmung von Objektdaten OD und/oder
Positionsdaten PD von in einem Bereitstellungsbereich 2 beispielhaft
angeordneten Stirndeckelstapeln 3.1 bis 3.3 für
eine Vorrichtung 4 zur Positionierung von derartigen Stirndeckeln
an einer Materialbahnrolle, insbesondere den Stirnseiten einer Materialbahnrolle.
Die Vorrichtung 1 basiert dabei auf den Grundlagen maschineller
Bildverarbeitung, mittels welcher eine automatisierte Vermessung
von Objekten, hier der einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3,
möglich ist. Die einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 können
jeweils eine beliebige Anzahl von übereinander gestapelten
Stirndeckeln enthalten. Die Stirndeckel eines Stirndeckelstapels 3.1 bis 3.3 sind
jeweils durch die gleichen Durchmesser D3.1, D3.2, D3.3 charakterisiert.
Die Stirndeckel der unterschiedlichen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 können
durch unterschiedliche Durchmesser charakterisiert sein.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst zumindest eine Bilderfassungseinrichtung,
hier zwei Bilderfassungseinrichtungen 5.1 und 5.2,
mittels welcher das Objekt, für das Objektdaten OD und
Positionsdaten PD zu ermitteln sind, aus mindestens zwei Perspektiven I,
II, die durch die Aufnahmepositionen der Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2 und
die Ausrichtung der Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2 gegenüber
oder im Bereitstellungsbereich 2 charakterisiert sind,
aufgenommen werden und Abbilder 100I , 100II vom zu beurteilenden Objekt, insbesondere
einem Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3, vorzugsweise
einer Mehrzahl von Stirndeckelstapeln 3.1 bis 3.3 im
Bereitstellungsbereich 2, erstellt werden. Im dargestellten
Fall werden beispielsweise die Abbilder 100I aus
der ersten Aufnahmeposition 5.1 und 100II aus
der zweiten Aufnahmeposition 5.2 erstellt. Dabei werden
zumindest immer zwei derartige Abbilder 100I , 100II erzeugt, wobei die Perspektiven I,
II, insbesondere die Aufnahmepositionen P5.1, P5.2 der Bilderfassungseinrichtungen 5.1 und 5.2 unterschiedlich
sind. Denkbar und besonders vorteilhaft ist die Erstellung weiterer
Abbilder 100III bis 100n , welche bei komplexeren Objekten eine
schnellere und genauere Erfassung und Bestimmung der Objektdaten
OD und der Positionsdaten PD ermöglichen.
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Die
Aufnahmepositionen P5.1, P5.2 der Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2 sind
bekannt. Diese sind durch Koordinaten in einem XYZ-Koordinatensystem
beschreibbar. Das Koordinatensystem wird dabei beispielsweise im
Bereitstellungsbereich 2 in einen Referenzpunkt R gelegt.
Die Position des Referenzpunktes R ist ebenfalls bekannt. Vorzugsweise
entspricht die XY-Ebene im Bereitstellungsbereich 2 der
durch den Boden 6 beschreibbaren Ebene. Die Z-Richtung
entspricht der Höhenrichtung, d. h. der Richtung senkrecht
zum Boden 6 des Bereitstellungsbereiches 2.
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Die
Abbilder 100I , 100II von
zumindest einem Teil des Bereitstellungsbereiches 2 mit
den einzelnen Stirndeckelstapeln 3.1 bis 3.3 in
den unterschiedlichen Perspektiven I, II werden vorzugsweise digitalisiert
und in einer Bildverarbeitungseinrichtung 7 verarbeitet
und vermessen. Dabei werden mit der Bilderfassungseinrichtung 5.1, 5.2 bei
Erstellung der Abbilder 100I , 100II in der Regel nicht nur Abbilder der
einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 erzeugt,
sondern auch der Umgebung, wodurch eine Referenzierung vereinfacht
wird. In der Bildverarbeitungseinrichtung 7 werden die
einzelnen Abbilder 100I ,100II für die Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 bearbeitet
und in Abhängigkeit von der Aufnahmeposition der beiden
Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2 im XYZ-Koordinatensystem
für die einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.n eine
dreidimensionale Geometrie dieser errechnet, woraus in der Analyse-
und Auswerteinrichtung 8 die Positionsdaten PD gegenüber
zumindest einem Referenzpunkt für die einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 ermittelt
werden und ferner die den einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 beschreibenden
Objektdaten OD. Unter Positionsdaten PD werden dabei Daten verstanden,
die die Lage eines definierten Objektes oder von definierten Objektbereichen
im Bereitstellungsbereich 2 beschreiben. Die Positionsdaten
PD werden dabei vorzugsweise ebenfalls im gleichen Koordinatensystem
wie die unterschiedlichen Aufnahmepositionen 5.1, 5.2 für
die Abbilder 100I , 100II bestimmt. Ferner werden für
die Bestimmung der Abmessungen des einzelnen Objektes oder Bereichen
von diesem jeweils die Objektdaten OD in Form von Breiten- beziehungsweise
Durchmessermaßen b beziehungsweise D und für die
Höhe h, hier beispielsweise h3.1 bis h3.3 des einzelnen
Stirndeckelstapels 3.1 bis 3.3 ermittelt. Diese
Daten werden auf der Grundlage von Positionsdaten PD ermittelt, beispielsweise
durch eine Vielzahl von Positionsdaten, bestimmt für die
Außenkontur der Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3.
Die Positionsdaten PD und die Objektdaten OD für jeden
einzelnen Stirndeckelstapel 3.1 bis 3.3 innerhalb
des Bereitstellungsbereiches 2 bilden Eingangsgrößen
für eine Steuerung 9 der Vorrichtung 4 zur
Positionierung der Stirndeckel, mittels der die Stellgrößen
Y4 zur Ansteuerung der Stelleinrichtung der Vorrichtung 4 generiert
werden. Dabei ist entscheidend, dass die Anordnung der Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2 derart
erfolgt, dass mit dieser der Bereitstellungsbereich 2 nach
Möglichkeit vollständig abgebildet werden kann.
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Vorzugsweise
werden zur Realisierung der unterschiedlichen Aufnahmepositionen
P5.1, P5.2 entweder lediglich eine Bilderfassungseinrichtung 5 in
Form beispielsweise einer Stereokamera vorgesehen, oder wie in 1 beispielsweise
mehrere Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2,
wobei hier die einzelnen Kameras ortsfest installiert sind und somit die
Kennwerte für die Aufnahmepositionen P5.1, P5.2 der Perspektiven
I, II durch die Lage der einzelnen Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2 und
deren Ausrichtung bestimmt wird.
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Die 1 verdeutlicht
dabei lediglich das Grundprinzip. Die Verfahren zur Bildverarbeitung
in der Bildverarbeitungseinrichtung 7 sowie der Analyse-
und Auswerteinrichtung 8 werden in der Regel über
Software realisiert, wobei hier auf bekannte Verfahren zur Mustererkennung
zurückgegriffen werden kann. Dabei besteht die Möglichkeit
einer kontinuierlichen Arbeitsweise der Vorrichtung 1 oder
aber einer diskontinuierlichen. Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise
werden fortlaufend Abbilder aus den unterschiedlichen Perspektiven
erstellt und in der Bildverarbeitungseinrichtung verarbeitet sowie
in der Analyse- und Auswerteinrichtung 8 ausgewertet. Bei
der diskontinuierlichen Arbeitsweise erfolgt die Erstellung der
Abbilder in zeitlich vordefinierten Intervallen. Die Bildverarbeitungseinrichtung 7 und
gegebenenfalls die Analyse- und Auswerteinrichtung 8 können räumlich getrennt
von der Bilderfassungseinrichtung angeordnet werden, aber auch je
nach Ausführung mit der Bilderfassungseinrichtung 5 eine
bauliche Einheit bilden.
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Die
aus unterschiedlichen Perspektiven I, II aufgenommenen Abbilder 100I , 100II können wie in 2a anhand
eines Signalflussbildes verdeutlicht, simultan, d. h. gleichzeitig
erstellt werden oder aber nacheinander, wie in 2b verdeutlicht.
Im erst genannten Fall wird vorzugsweise entweder eine einzelne
Bilderfassungseinrichtung vorgesehen, welche als Stereokamera ausgebildet
ist und eine gleichzeitige Aufnahme aus zumindest zwei unterschiedlichen Perspektiven
I, II ermöglicht. Die zumindest eine Bilderfassungseinrichtung
wird dabei vorzugsweise im Bereitstellungsbereich 2 derart
ausgerichtet, dass eine Aufnahme des vollständigen Bereitstellungsbereiches
möglich ist und ferner Aufnahmen in unterschiedlichen Positionen.
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Eine
alternative Ausführung besteht in der ortsfesten Anordnung
zumindest einer oder mehrerer, die einzelnen Perspektiven I, II
aufnehmenden Bilderfassungseinrichtungen 5.1, 5.2,
wie in 1 dargestellt.
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Da
für die Berechnung der Positions- und Objektdaten PD, OD
eine Aufnahme in bereits zwei unterschiedlichen Perspektiven I,
II ausreichend ist, können die Abbilder 100I, 100II auch
nacheinander, d. h. in zeitlicher Abfolge erstellt werden. Dazu
kann eine einzelne Bilderfassungseinrichtung 5 vorgesehen
werden, die zu Einnahme der einzelnen Perspektiven I, II verfahrbar
ist. Eine besonders vorteilhafte Anordnung einer derartigen Bilderfassungseinrichtung 5 besteht
in der Anordnung an der Vorrichtung 4 zur Positionierung
der Stirndeckel in Form einer Manipulatoreinheit 16, wie
in der 3 schematisiert vereinfacht wiedergegeben. Bei
den Manipulatoreinheiten 16 handelt es sich um Industrieroboter,
vorzugsweise in Form von Knickarmrobotern, die die einzelnen Bewegungen
der Aufnahme, des Transportes und Positionierung der Stirndeckel
automatisch ausführen. Dabei wird davon ausgegangen, dass
die Vorrichtung 4, insbesondere der vorgesehene Knickarm 21 aufgrund
seiner Arbeitsweise ohnehin unterschiedliche Positionen einnimmt,
die zur Aufnahme von Abbildern 100I , 100II genutzt werden können.
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Dadurch
kann Prozesszeit gespart werden, denn die entsprechenden Aufnahmen
können während der Betriebsweise der Vorrichtungen 4 ausgeführt
werden. Die 3 verdeutlicht beispielhaft
die Anordnung einer Bilderfassungseinrichtung 5 an einer
derartigen Vorrichtung 4. insbesondere am Knickarm 21.
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In
allen Fällen kann zusätzlich über die
Vorrichtung 1 auch eine Überwachung des Vorganges des
Abbaus der Stirndeckelstapel 3 erfolgen. In diesem Fall
wird die durch die Entnahme der Stirndeckel mögliche Höhenänderung Δh
am Stirndeckelstapel 3 aus den in zeitlicher Abfolge ermittelten
Objekt- und Positionsdaten OD, PD erfasst. Diese ergibt sich durch
die Ermittlung und Berechnung der unterschiedlichen Höhen
des einzelnen Stirndeckelstapels 3.1 bis 3.3 aus
den Objektdaten OD des einzelnen Stirndeckelstapels 3.1 bis 3.3 zu
unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Die 4 verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Einsatz einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1, 10 und eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Erfassung der Objekt- und Positionsdaten OD und PD
für Stirndeckelstapel in einer automatischen Verpackungsanlage 22.
Diese ist hier beispielhaft in einer Perspektivansicht wiedergegeben.
Erkennbar ist eine Wickelstation 11, in der die Umhüllung
einer Materialbahnrolle M mit Verpackungsmaterial erfolgt. Das Verpackungsmaterial wird
hier über einen Verpackungsmaterialspender 12 bereitgestellt,
wobei das Verpackungsmaterial in einem Verpackungsmaterialmagazin 13 bevorratet
ist. Die einzelnen Materialbahnrollen M, M1 bis Mn werden in der
Wickelstation 11 mit Verpackungsmaterial umhüllt,
wobei stirnseitig ein Innenstirndeckel 14 angelegt wird.
Der Innenstirndeckel 14 wird dabei einem Bereitstellungsbereich 20 für
die Innenstirndeckel entnommen, der der Wickelstation 11 zugeordnet
ist. Die einzelnen Innenstirndeckel 14 werden beispielsweise
einem Stirndeckelstapel 15 entnommen, der im Bereitstellungsbereich 20 positioniert
ist und im Wirkbereich der Vorrichtung 4 zur Positionierung der
Stirndeckel 14 liegt. Die Vorrichtung 4 ist hier
als Manipulatoreinheit 16 ausgebildet, die dem jeweiligen
Stirndeckelstapel 15 einen Stirndeckel 14 entnimmt,
diesen zur Wickelstation 11 transportiert und an der Stirnseite
der Materialbahnrolle M positi oniert. Erfindungsgemäß ist
hier eine erste Bilderfassungseinrichtung 50 vorgesehen,
die der Bestimmung der Objektdaten OD und der Positionsdaten PD
zumindest des Stirndeckelstapels 15, vorzugsweise aller im
Bereitstellungsbereich 20 angeordneter Stirndeckelstapel
dient, von welchen die Manipulatoreinheit 16 die Stirndeckel 14 entnimmt.
Dies erfolgt durch die Erstellung von Abbildern 100I , 100II aus zumindest zwei unterschiedlichen
Perspektiven I, II, eine Bildung eines Modells oder Berechnung eines
dreidimensionalen Körpers aus den Abbildern und die Bestimmung
der Positionsdaten PD und Objektdaten OD eines einzelnen Stirndeckelstapels 15,
die wiederum als Eingangsgrößen für eine
Steuerung 9 der Vorrichtung 40 zur Positionierung
der Stirndeckel 14 dienen, hier insbesondere der Manipulatoreinheit 16. Dazu
werden über die Steuervorrichtung 9 Stellgrößen
Y16 zur Ansteuerung der Stelleinrichtung der Manipulatoreinheit 16 generiert.
-
Ferner
umfasst die automatische Verpackungsanlage 22 eine der
Wickelstation 11 nachgeordnete Packpresse 17,
mittels welcher die jeweiligen Außenstirndeckel 18 positioniert
und an der Verpackung befestigt werden. Zwischen der Wickelstation 11 und
der Packpresse 17 ist eine Transporteinrichtung 19 vorgesehen.
Auch hier erfolgt das Handling und die Positionierung der Außenstirndeckel 18 mittels
einer Vorrichtung 40 in Form einer Manipulatoreinheit 160,
die die Außenstirndeckel 18 an den Stirnseiten
in entsprechender Weise positioniert, so dass diese mit dem Innenstirndeckel
und dem umgefalteten Randüberstand der Verpackung stoffschlüssig
verbunden werden können. Dazu ist auch hier ein Bereitstellungsbereich 200 vorgesehen,
in welchem die einzelnen Stirndeckelstapel 30 angeordnet
sind, hier jedoch die Außenstirndeckel 18 beinhaltend. Auch
diese Stirndeckelstapel 30 sind durch Stirndeckel 18 unterschiedlichen
Durchmessers charakterisiert, ferner sind diese beliebig im Bereitstellungsbereich 200 abgestellt.
Es erfolgt auch hier über zumindest eine Bilderfassungseinrichtung 500 eine
Erstellung von Abbildern 100I , 100II aus zumindest zwei unterschiedlichen
Perspektiven I, II und eine Bildung eines Modells oder Berechnung
eines dreidimensionalen Körpers aus den Abbildern, welcher
erlaubt, die Positionsdaten PD und die Objektdaten OD eines einzelnen
Stirndeckelstapels 30 zu ermitteln, die wiederum als Eingangsgrößen für
eine Steuerung 90 der Vorrichtung 40 zur Positionierung
der Stirndeckel 18 dienen, hier insbesondere der Manipulatoreinheit 160.
-
Im
dargestellten Fall sind die Bilderfassungseinrichtungen
50 und
500 jeweils
als Kamera ausgebildet, vorzugsweise als Kamera, die geeignet ist,
zumindest zwei Abbildungen aus unterschiedlichen Perspektiven I,
II zu erstellen, vorzugsweise in Form einer Stereokamera. Der Ablauf
zur Bestimmung der Objektdaten OD und Positionsdaten PD für
die einzelnen Stirndeckelstapel
15,
30 erfolgt
wie bereits beschrieben durch Aufnahme von Abbildern mittels der Bilderfassungseinrichtungen
50,
500,
die in einer Bildverarbeitungseinrichtung
7,
70 und
einer Analyse- und Auswerteinrichtung
8,
80 einer
Verarbeitung unterzogen werden, wobei über Stereomikroskopie ein
dreidimensionales Gebilde aus den einzelnen Abbildern erstellt und
die Positionsdaten PD und Objektdaten OD errechnet werden. Bezüglich
der Erfassung der Abbilder und deren Verarbeitung wird beispielsweise
auf das in der Druckschrift
DE 101 12 732 C2 beschriebene Verfahren verwiesen,
deren Offenbarungsgehalt hiermit vollumfänglich in die
Anmeldung mit einbezogen wird.
-
- 1;
10
- Vorrichtung
- 2;
20; 200
- Bereitstellungsbereich
- 3.1–3.3;
30
- Stirndeckelstapel
- 4;
40
- Vorrichtung
zur Positionierung von Stirndeckeln
- 5;
5.1; 5.2
- Bilderfassungseinrichtung
- 50
- Bilderfassungseinrichtung
- 500
- Bilderfassungseinrichtung
- 6
- Boden
- 7;
70
- Bildverarbeitungseinrichtung
- 8;
80
- Analyse-
und Auswerteinrichtung
- 9;
90
- Steuervorrichtung
- 11
- Wickelstation
- 12
- Verpackungsmaterialspender
- 13
- Verpackungsmaterialmagazin
- 14
- Innenstirndeckel
- 15
- Stirndeckelstapel
- 16;
160
- Manipulatoreinheit
- 17
- Packpresse
- 18
- Außenstirndeckel
- 19
- Transporteinrichtung
- 21
- Knickarm
- 22
- Automatische
Rollenverpackungsanlage
- 100I
- Abbild
- 100II
- Abbild
- b
- Breite
- D3.1;
D3.2; D3.3
- Durchmesser
- h3.1;
h3.2; h3.3
- Höhe
- I
- Perspektive
- II
- Perspektive
- P5.1;
P5.2
- Positionsdaten
der Bilderfassungseinrichtungen
- M;
M1–Mn
- Materialbahnrollen
- OD
- Objektdaten
- PD
- Positionsdaten
- R
- Referenzpunkt
- Y4;
Y16; Y160
- Stellgrößen
- X;
Y; Z
- Koordinaten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0610758
B1 [0003]
- - EP 0610759 B1 [0004]
- - DE 10112732 C2 [0010, 0044]